2.2. Термодинамика

Напомним про газовые законы, которые время от времени нет-нет, да и открывались. Первый закон является ровесником первых Академий. Бойль и, независимо от него, Мариотт были очень важными персонами. Для пущей важности они имели обыкновение надувать щеки. Отсюда до открытия уже рукой подать. Вернее, двумя руками. В самом деле, попробуйте, надув как следует щеки, резко надавить на них кончиками указательных пальцев. Не правда ли, чем меньше объем, занимаемый некоторым количеством газа, тем больше давление этого газа? И ведь кажется – совсем просто, а поди додумайся до этого в конце ХVII века.

Не прошло и 130 лет, как Шарль открыл следующий закон, гласящий, что чем выше температура газа при постоянном объеме, тем больше давление этого газа. Сегодня каждый может повторить опыт Шарля. Для этого неоткупоренную бутылку шампанского следует поставить на медленный огонь, после чего желательно укрыться понадежней.

Ну, и третий закон, описывающий поведение газа при постоянном давлении, был открыт известным в свое время воздухоплавателем Гей-Люссаком. Вообще-то говоря, он всплыл на семикилометровую высоту не для того, чтобы открыть свой закон, а – так, по мелочи: проверить на всякий случай, можно ли там ориентироваться по компасу, а заодно и воздуха тамошнего набрать для последующего химического анализа. Очень уж был он дотошный, этот Гей-Люссак – все хотел выяснить, дышат ли ангелы такой же смесью, как и мы, грешные. Однако, наверху ему стало не до ангелов. Задавшись целью поддерживать постоянное давление в баллоне, он так уморительно боролся с солнцем, ветром и водой – нашими лучшими друзьями, кажется – что едва не дошел до умопомрачения. При этом закон Гей-Люссака открылся сам собой.

Когда было закончено строительство тоннеля по Темзой в Лондоне, городские власти решили отметить это событие в самом тоннеле распитием шампанского, которое чиновникам показалось лишенным обычной игривости. Зато, когда они поднялись на поверхность, вино забурлило у них в желудках и стало раздувать их жилеты. Пришлось одного высокопоставленного чиновника срочно спускать обратно для рекомпрессии

В 1802 году Ж. Гей-Люссак проводил в Париже научные опыты. Ему были нужны стеклянные трубки, которые тогда вырабатывались стеклодувами только в Германии. Когда ученый их выписал, французские таможенники наложили такую высокую пошлину, что он не мог выкупить посылку. Об этом узнал Александр Гумбольд и решил помочь Гей-Люссаку. Он посоветовал отправителям запаять концы трубок и наклеить на них этикетки: «Осторожно! Немецкий воздух!» Воздух? Таможенного тарифа на воздух не существовало, и на этот раз трубки дошли до французского ученого без всяких пошлин.

Жозе Луи Гей-Люссак (1778–1850) – крупнейший французский химик и физик – во время одного из своих химических опытов лишился глаза. Как-то раз его встретил епископ Сиезский – самонадеянный богослов, попавший в число «бессмертных» Французской академии по протекции.

– Не понимаю, как можно быть ученым, имея всего один глаз! Что можно увидеть одним глазом?

– Да побольше вашего, – не растерялся Гей-Люссак. – Вот, например, я вижу у вас два глаза, а вы у меня только один!

Преподаватель: «При какой температуре замерзает вода?»

Студентка молчит.

– При минус 5 °С замерзнет?

Студентка неуверенно: «Немного замерзнет…»

– А при минус 25 °С ?

Студентка: «Замерзнет больше!»

Автор третьего начала термодинамики Вальтер Нернст в часы досуга разводил карпов. Однажды кто-то глубокомысленно заметил:

– Странный выбор. Кур разводить и то интересней.

Нернст невозмутимо ответил:

– Я развожу таких животных, которые находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Разводить теплокровных – это значит обогревать на свои деньги мировое пространство.

На столе у Нернста стояла пробирка с органическим соединением дифенилметаном, температура плавления которого 26 ^оС. Если в 11 часов утра препарат таял, Нернст вздыхал: «Против природы не попрешь!» И уводил студентов заниматься греблей и плаванием

Обычно историки, в качестве ключевого события, упоминают открытие Румфорда (1798), который в Мюнхене издевался над мастеровыми, заставляя их рассверливать стволы пушек тупым сверлом. «Ваша светлость, - пытался смягчить его благородные нравы старшой мастеровой, - оно тупым сверлом сверлить труднее, да и ствол, опять же, греется, а через это калибер вниз уходит!» - «Что сверлить труднее, это я, болван, и сам знаю! А что греется… это интересно!.. Может получиться очень недурно!.. Ай, молодца! Держи вот, выпей кружку пива за здоровье моей светлости!» В докладе Королевскому обществу Румфорд излагал: «источник тепла, возникающего при трении в этих опытах, представляется, по-видимому, неисчерпаемым» - а, значит, это тепло «не может быть материальной субстанцией», а должно сводиться «к представлениям о движении». Сразу чувствуется намётанный взгляд проницательного исследователя. Фурор, как есть фурор! Если забыть про то, что так называемые дикари испокон веков умели добывать огонь трением (причём, несколькими способами)… если забыть про то, что вода нагревается при встряхивании сосуда, в котором она находится… если забыть про то, что Дэви, немного попыхтя, расплавил трением лёд на морозе… если забыть про труды Ломоносова, который 54 годами ранее, в тех же «Размышлениях…», писал: «Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: …железо накаливается докрасна от проковывания частыми и сильными ударами»… Если про всё это забыть, то открытие Румфорда было, и вправду, выдающееся. Бурные продолжительные аплодисменты!

Переход тепла от горячих тел к холодным очень досаждал, особенно Дьюару. Наступил момент, когда Дьюар плюнул, отправился в лавочку к старьевщику и разорился там на пару термосов. Проблема была решена! С тех пор благодарные физики и называют термос «сосудом Дьюара». Еще бы – ведь впоследствии он оказался настоящей находкой для физики низких температур! Ну, что без этого сосуда делал бы Каммерлинг-Оннес? Разве мог бы он позволить себе искать ответ на вполне конкретный вопрос: что выйдет, если хорошенько заморозить ртуть? А вышло вот что. Пока атомы ртути еще дрожат от холода, они худо-бедно мешают двигаться электронам, проводящим электрический ток (в этом и заключается причина омического сопротивления). Но если мороз еще покрепчает, то, се ля ви, последняя дрожь атомов замирает, а электроны-живчики шастают, не испытывая никакого сопротивления! Это явление назвали сверхпроводимостью.